PL234935B1 - Urządzenie do sterowania skrętem kół pojazdów dwuśladowych, zwłaszcza wieloosiowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do sterowania skrętem kół pojazdów dwuśladowych, zwłaszcza wieloosiowych takich jak ciężarówki, dźwigi, amfibie, naczepy wielkogabarytowe, ale może być również stosowane w pojazdach dwuosiowych w systemach 4WS.

Znane są układy sterujące skrętem kół tylko jednej osi w pojeździe oparte na zasadzie trapezu Ackermana, w których dźwignie zwrotnic obu kół kierowanych, łączone są ze sobą przegubowo drążkiem poprzecznym, tworząc trapez przegubowy. Znane są także rozwiązania będące modyfikacją tego układu, bardziej rozbudowane z większą ilością drążków poprzecznych czy pośrednich łączących zwrotnice obu kół i powiązanych przegubowo, a także rozwiązania wyposażone we wspomaganie hydrauliczne czy też elektryczne.

Znane są także układy sterowania kół wielu osi, w których trapezowe przegubowe mechanizmy zwrotnicze poszczególnych osi sprzężone są ze sobą systemem drążków i dźwigni oraz wyposażone w układy wspomagania hydraulicznego lub elektrycznego. Na przykład wg patentów US6059056A, DE 4119641A1, czy też systemy sterowania kół w naczepach np. TRIDEO: HF-E i HF-S.

Znane są także systemy 4WS ze wszystkimi czterema kołami kierowanymi, w których koła osi tylnej sterowane są układem kierowniczym podobnym do układu kierowniczego osi przedniej, a oba układy powiązane są mechanicznie. Znane są także modyfikacje tego systemu, takie jak układ Quadrasteer koncernu GM, czy też 4controI stosowany w Renault Laguna, gdzie wprowadzono elektryczne wspomaganie i elektroniczne sterowanie tylnej osi.

Znane są także niezależne układy kierownicze poszczególnych osi, w których za pomocą programów komputerowych ustalane są konieczne wychylenia kół, a następnie koła są sterowane elektrohydraulicznie. Brak jest połączeń mechanicznych między osiami, a osie lub koła z osobna są sterowane niezależnie od siebie.

Rozwiązania oparte na trapezie przegubowym obarczone są pewnym błędem stanowiącym różnicę między teoretycznymi kątami skrętu koła lewego i prawego, a ich rzeczywistymi; wartościami. Ponadto zakładają one stałe położenie wirtualnej osi niesterowalnej pojazdu, tzn. że chwilowe środki obrotu pojazdu, leżą z reguły w. stałej niezmiennej odległości od osi z kołami kierowanymi. A jak wykazały badania korzystniejszym dla sterowności pojazdów jest, gdy odległość tą można, zmieniać w zależności od prędkości pojazdu i kąta skrętu. Dla większych prędkości wirtualna oś niesterowalna powinna, być przesunięta aż za tylną oś pojazdu, powodując skręcanie wszystkich kół w pojeździe w tę samą stronę, wpływa to na lepsze stabilniejsze prowadzenie pojazdu. Dla mniejszych prędkości i większych kątów skrętu oś ta powinna być przesuwana na środek pojazdu, pozwalając na pokonywanie ciasnych zakrętów i skutkując większą manewrowością pojazdu. Badania wykazały również, że w przypadku naczep wielkogabarytowych położenie wirtualnej osi niesterowalnej w naczepie powinno się zmieniać w sposób ciągły wraz z pokonywaniem zakrętu. Korzystnym jest, gdy odległość tej osi, od punktu zaczepienia naczepy do ciągnika zmienia się liniowo w funkcji kąta skręcenia naczepy względem ciągnika. Zastosowanie takiego rozwiązania umożliwia ciągnikowi z naczepą pokonywanie wąskich zakrętów, a tym samym pozwala na zmniejszenie szerokości jezdni wymaganej dla pokonania zakrętu przez naczepę. Naczepa w mniejszym stopniu zachodzi i ścina zakręt.

Celem wynalazku jest umożliwienie jednoczesnego sterowania skrętem wszystkich kół w pojeździe dwuśladowym wieloosiowym w taki sposób, aby dla wszystkich osi uzyskać taką samą odległość punktu O chwilowego środka obrotu od osi wzdłużnej pojazdu.

Istotą urządzenia do sterowania skrętem kół pojazdów dwuśladowych, zwłaszcza wieloosiowych, sterującego skrętem kół jednej osi i mocowanego między dwoma kołami tej osi, posiadającego silnik obrotowy, przekładnię walcową, wałki, dźwignie i siłowniki liniowe dwustronnego działania jest to, że składa się z trzech poziomych prowadnic liniowych zamocowanych w obudowie obrotowo na czopach końcowych trzech pionowych wałków i rozmieszczonych na różnych poziomach w ten sposób, że prowadnice liniowe mają możliwość wykonywania ruchu obrotowo wahliwego w trzech równoległych poziomych płaszczyznach, przy czym pierwsza od góry prowadnica liniowa pierwsza mocowana jest na dolnym czopie pionowego wałka pierwszego w środku swojej długości, a prowadnik prowadnicy liniowej pierwszej jest wózkiem o jednym stopniu swobody, w którym wykonany jest przelotowy otwór gwintowany przez, który przechodzi śruba napędowa; połączona z wałem silnika obrotowego, mocowanego na końcu prowadnicy liniowej pierwszej, a do prowadnika prowadnicy, liniowej pierwszej przytwierdzony jest od dołu pionowy, walcowy sworzeń, który jest prowadnikiem dla dwóch prowadnic, prowadnicy liniowej drugiej i prowadnicy liniowej trzeciej, przy czym każda z prowadnic ma

PL 234 935 B1 kształt płaskownika z wyciętym wzdłużnie podłużnym otworem, w który wchodzi od góry sworzeń, a prowadnice liniowe druga i trzecia mocowane są jednym końcem do górnych czopów pionowych wałków, wałka drugiego i wałka trzeciego, tworząc korby wałków drugiego i trzeciego zaś wałki drugi i trzeci położone są symetrycznie względem osi wałka pierwszego, w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku osi wzdłużnej pojazdu, w której to płaszczyźnie równolegle do wałka trzeciego położony jest wałek czwarty łożyskowany w obudowie i połączony z wałkiem trzecim zębatą przekładnią walcową o uzębieniu zewnętrznym i przełożeniu 1:1, zaś na czopach dolnych wałków drugiego i czwartego wychodzących na zewnątrz obudowy osadzone są dwie dźwignie równoległe do dźwigni zwrotnic kół i połączone z nimi przegubowo poprzecznymi drążkami tworząc dwa równoległoboki przegubowe w ten sposób, że kąty obrotu zwrotnic kół odpowiadają kątom obrotu wałków drugiego i czwartego.

Urządzenie ma poziomą prowadnicę liniową czwartą, w kształcie płaskownika ustawionego w kierunku poziomym równoległym do osi wzdłużnej pojazdu i posiadającego wycięty wzdłużnie otwór podłużny, w który wchodzi pionowy sworzeń prowadnika prowadnicy liniowej pierwszej, tworząc prowadnik prowadnicy liniowej czwartej, zaś prowadnica liniowa czwarta zamocowana jest w obudowie suwliwie, z możliwością przemieszczania się jedynie w kierunku poziomym, poprzecznym, do osi wzdłużnej pojazdu, w taki sam sposób, jak prowadnica liniowa czwarta zamocowana jest listwa zębata, która współpracuje z kołem zębatym zamocowanym na czopie wałka sterującego promieniem skrętu, o osi w kierunku równoległym do osi wzdłużnej pojazdu i pomiędzy prowadnicą liniową czwartą a listwą zębatą, mocowany jest trójpołożeniowy przełącznik zasilania silnika obrotowego, w ten sposób, że przemieszczenia względne listwy zębatej i prowadnicy liniowej czwartej przesterowują trójpołożeniowy przełącznik, powodując załączanie silnika obrotowego, natomiast zwrot tych przemieszczeń decyduje o kierunku obrotów silnika.

Korzystnie jest, że silnik obrotowy i trójpołożeniowy przełącznik są urządzeniami elektrycznymi. Korzystnie jest, że silnik obrotowy i trójpołożeniowy przełącznik są urządzeniami hydraulicznymi.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że po połączeniu wałków sterujących promieniem skrętu we wszystkich urządzeniach sterujących poszczególnych osi pojazdu, uzyskuje się, dla każdej z osi tą samą odległość, r punktu chwilowego środka obrotu O od osi wzdłużnej pojazdu. Uzyskuje się tym samym jednoczesne precyzyjne sterowanie kątem skrętu wszystkich kół w pojeździe.

Wynalazek, został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia współpracujące wewnętrzne elementy urządzenia w rzucie aksonometrycznym po odsłonięciu obudowy, fig. 2 - schemat łączenia wałków sterujących promieniem skrętu we wszystkich urządzeniach sterujących poszczególnych osi pojazdu.

Urządzenie do sterowania skrętem kół pojazdów dwuśladowych zwłaszcza wieloosiowych składa się z trzech poziomych prowadnic liniowych 1,2, 3, zamocowanych w obudowie 4 obrotowo naczepach końcowych trzech pionowych wałków: wałka pierwszego 5, wałka drugiego 6 i wałka trzeciego 7. Prowadnice te rozmieszczone są na różnych poziomach tak, że mają możliwość wykonywania ruchu obrotowo wahliwego w trzech równoległych poziomych płaszczyznach. Pierwsza, od góry, prowadnica 1 mocowana jest na dolnym czopie pionowego walka pierwszego 5 w środ ku swojej długości. Prowadnik 8 tej prowadnicy ma postać wózka o jednym stopniu swobody, mogącego, poruszać, się tylko w kierunku promieniowym do osi wałka pierwszego 5. W wózku wykonany jest przelotowy otwór gwintowany, przez który przechodzi śruba, napędowa 9 połączona z wałem silnika obrotowego 10, mocowanego na końcu prowadnicy liniowej pierwszej 1. Do prowadnika 8 prowadnicy liniowej pierwszej 1 przytwierdzony jest od dołu pionowy, walcowy sworzeń 11, który jest prowadnikiem dla dwóch prowadnic, prowadnicy liniowej drugiej 2 i prowadnicy liniowej trzeciej 3. Obie prowadnice mają kształt płaskowników z wyciętymi wzdłużnie podłużnymi otworami, w które wchodzi od góry sworzeń 11. Prowadnice są mocowane jednym końcem do górnych czopów pionowych wałków, wałka drugiego 6 i wałka trzeciego 7, tworząc korby tych wałków. Wałki drugi 6 i trzeci 7 położone są symetrycznie względem osi wałka pierwszego 5, w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku y osi wzdłużnej pojazdu. W płaszczyźnie tej równoległe do wałka trzeciego 7 położony jest wałek czwarty 12 łożyskowany w obudowie 4 i połączony z wałkiem trzecim 7 zębatą przekładnią walcową o uzębieniu zewnętrznym i przełożeniu 1:1. Na czopach dolnych wałków drugiego 6 i czwartego 12 wychodzących na zewnątrz obudowy 4 osadzone są dwie dźwignie 13, 14 równoległe do dźwigni zwrotnic kół i połączone z nimi przegubowo poprzecznymi drążkami 15 i 16. W ten sposób powstają dwa równoległoboki przegubowe, a kąty obrotu, zwrotnic kół odpowiadają kątom obrotu wałków drugiego 6 i czwartego 12.

PL 234 935 B1

Urządzenie ma poziomą, prowadnicę liniową czwartą 17, w kształcie płaskownika ustawionego w kierunku poziomym równoległym do osi wzdłużnej pojazdu y, w którym wycięty jest wzdłużnie otwór podłużny. W otwór ten wchodzi pionowy sworzeń 11 prowadnika 8 prowadnicy liniowej pierwszej 1, tworząc prowadnik prowadnicy liniowej czwartej 17. Prowadnica liniowa czwarta 17 zamocowana, jest w obudowie 4 suwliwie, z możliwością przemieszczania się jedynie w kierunku poziomym, poprzecznym do osi wzdłużnej pojazdu x. W taki sam sposób jak prowadnica liniowa czwarta 17 zamocowana jest w obudowie listwa zębata 18. Listwa ta współpracuje z kołem zębatym 19 zamocowanym na czopie wałka sterującego promieniem skrętu 20, o osi w kierunku równoległym do osi wzdłużnej pojazdu y. Pomiędzy prowadnicą liniową czwartą 17 a listwą zębatą 18, mocowany jest trójpołożeniowy przełącznik 21 zasilania silnika obrotowego 10 tak, że przemieszczenia względne listwy zębatej 18 i prowadnicy liniowej czwartej 17 przesterowują przełącznik, powodując załączanie silnika obrotowego 10, a zwrot tych przemieszczeń decyduje o kierunku obrotów silnika. Silnik obrotowy i przełączniki trójpołożeniowe są urządzeniami elektrycznymi lub hydraulicznymi.

Działanie urządzenia jest następujące. Obracając wałkiem sterującym promieniem skrętu 20 o określony kąt, uzyskuje się przemieszczenie listwy zębatej 18 względem prowadnicy liniowej czwartej 17. Przemieszczenie to powoduje przesterowanie przełącznika 21 i załączenie silnika 10. Silnik poprzez mechanizm śrubowy ze- śrubą 9 wywołuje ruch wózka 8 ze sworzniem 11, powodując obrót prowadnic liniowych drugiej 2 i trzeciej 3 na wałkach 6 i 7, a przez to i skręcanie kół pojazdu. Jednocześnie następuje przesuwanie prowadnicy liniowej czwartej 17 i zmniejszanie wywołanego wcześniej przemieszczenia listwy zębatej 18 względem tej prowadnicy. W momencie gdy przemieszczenie względne listwy zębatej i prowadnicy zostanie zlikwidowane, nastąpi ponowne przesterowanie przełącznika 21 i wyłączenie silnika 10. W tym momencie koła pojazdu osiągną kąt ustawienia zadany przez kąt skrętu wałka sterującego.

Połączenie wałków sterujących promieniem skrętu w urządzeniach sterujących na wszystkich osiach pojazdu, umożliwia jednoczesne sterowanie z jednego miejsca wszystkimi kołami pojazdu. Połączeń tych dokonuje się za pomocą wałków pośrednich.

Wykaz oznaczeń

- prowadnica liniowa pierwsza,

- prowadnica liniowa druga,

- prowadnica liniowa trzecia,

- obudowa;

- wałek pierwszy,

- wałek drugi,

- wałek trzeci,

- prowadnik prowadnicy liniowej pierwszej,

- śruba napędowa,

- silnik obrotowy,

- sworzeń,

- wałek czwarty,

- dźwignia,

- dźwignia,

- drążek poprzeczny,

- drążek, poprzeczny,

- prowadnica liniowa czwarta,

- listwa zębata,

- koło zębate,

- wałek sterujący promieniem skrętu,

- trójpołożeniowy przełącznik,

O - chwilowy środek obrotu pojazdu, r - odległość chwilowego środka obrotu pojazdu od osi wzdłużnej pojazdu, x - kierunek poziomy poprzeczny do osi wzdłużnej pojazdu, y - kierunek poziomy równoległy do osi wzdłużnej pojazdu, z - kierunek pionowy.

Claims (3)

1. Urządzenie do sterowania skrętem kół pojazdów dwuśladowych zwłaszcza wieloosiowych, sterujące skrętem kół jednej osi i mocowane między dwoma kołami tej osi, posiadające silnik obrotowy, przekładnię walcową, wałki, dźwignie i siłowniki liniowe dwustronnego działania, znamienne tym, że składa się z trzech poziomych prowadnic liniowych (1), (2), (3) zamocowanych w obudowie (4) obrotowo na czopach końcowych trzech pionowych wałków (5), (6), (7) i rozmieszczonych na różnych poziomach w ten sposób, że prowadnice liniowe (1), (2), (3) mają możliwość wykonywania ruchu obrotowo wahliwego w trzech równoległych poziomych płaszczyznach, przy czym pierwsza od góry prowadnica liniowa pierwsza (1) mocowana jest na dolnym czopie pionowego wałka pierwszego (5) w środku swojej długości, a prowadnik (8) prowadnicy liniowej pierwszej (1) jest wózkiem o jednym stopniu swobody, w którym wykonany jest przelotowy otwór gwintowany, przez który przechodzi śruba napędowa (9) połączona z wałem silnika obrotowego (10), mocowanego na końcu prowadnicy liniowej pierwszej (1), a do prowadnika (8) prowadnicy liniowej pierwszej (1) przytwierdzony jest od dołu pionowy, walcowy sworzeń (11), który jest prowadnikiem dla dwóch prowadnic, prowadnicy liniowej drugiej (2) i prowadnicy liniowej trzeciej (3), przy czym każda z prowadnic ma kształt płaskownika z wyciętym wzdłużnie podłużnym otworem, w który wchodzi od góry sworzeń (11), a prowadnice liniowe druga (2) i trzecia (3) mocowane są jednym końcem do górnych czopów pionowych wałków, wałka drugiego (6) i wałka trzeciego (7), tworząc korby wałków drugiego (6) i trzeciego (7) zaś wałki drugi (6) i trzeci (7) położone są symetrycznie względem osi wałka pierwszego (5), w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku (y) osi wzdłużnej pojazdu, w której to płaszczyźnie równolegle do wałka trzeciego (7) położony jest wałek czwarty (12) łożyskowany w obudowie (4) i połączony z wałkiem trzecim (7) zębatą przekładnią walcową o uzębieniu zewnętrznym i przełożeniu 1:1, zaś na czopach dolnych wałków drugiego (6) i czwartego (12) wychodzących na zewnątrz obudowy (4) osadzone są dwie dźwignie (13), (14) równoległe do dźwigni zwrotnic kół, i połączone z nimi przegubowo poprzecznymi drążkami (15) i (16) tworząc dwa równoległoboki przegubowe w ten sposób, że kąty obrotu zwrotnic kół odpowiadają kątom obrotu wałków drugiego (6) i czwartego (12), zaś pozioma prowadnica liniowa czwarta (17) ma kształt płaskownika ustawionego w kierunku poziomym równoległym do osi wzdłużnej pojazdu (y) i posiada wycięty wzdłużnie otwór podłużny, w który wchodzi pionowy sworzeń (11) prowadnika (8) prowadnicy liniowej pierwszej (1), tworząc prowadnik prowadnicy liniowej czwartej (17), zaś prowadnica liniowa czwarta (17) zamocowana jest w obudowie (4) suwliwie, z możliwością przemieszczania się jedynie w kierunku poziomym, poprzecznym do osi wzdłużnej pojazdu (x), w taki sam sposób jak prowadnica liniowa czwarta (17) zamocowana jest listwa zębata (18), która współpracuje z kołem zębatym (19) zamocowanym na czopie wałka sterującego promieniem skrętu (20), o osi w kierunku równoległym do osi wzdłużnej pojazdu (r) i pomiędzy prowadnicą liniową czwartą (17) a listwą zębatą (18), mocowany jest trójpołożeniowy przełączniki (21) zasilania silnika obrotowego (10), w ten sposób, że przemieszczenia względne listwy zębatej (18) i prowadnicy liniowej czwartej (17) przesterowują trójpołożeniowy przełączniki (21), powodując załączanie silnika obrotowego (10), natomiast zwrot tych przemieszczeń decyduje o kierunku obrotów silnika.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że silnik obrotowy i przełączniki trójpołożeniowe są urządzeniami elektrycznymi.

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że silnik obrotowy i przełączniki trójpołożeniowe są urządzeniami hydraulicznymi.